Magnesium-nitrogen co-doped carbon dots enhance plant growth through multifunctional regulation in photosynthesis

光合作用 化学 叶绿素 叶绿体 鲁比斯科 光呼吸 氮气 核化学 叶绿素a 园艺 植物 生物化学 生物 基因 有机化学
作者
Yadong Li,Xiaokai Xu,Bingfu Lei,Jianle Zhuang,Xuejie Zhang,Chaofan Hu,Jianghu Cui,Yingliang Liu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:422: 130114-130114 被引量:101
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.130114
摘要

Herein, we designed and prepared a magnesium and nitrogen co-doped carbon dots (Mg,N-CDs) for plant photosynthesis, in which Mg and N were in carbonate-like and graphite N forms with 5.38% and 3.83% contents, respectively. During a 1-h incubation with chloroplast suspension, Mg,N-CDs entered chloroplasts and transferred energy to them under a xenon lamp, which increased their photosynthetic activity to reduce DCPIP and ferricyanide by up to 52.48% and 41.86%, respectively. After 16 days of foliar spraying, Mg,N-CDs at 300 μg·mL−1 up-regulated the gene expressions of enzymes (15.26–115.02%) related to chlorophyll synthesis and metabolism in rice plants, increasing chlorophyll a and chlorophyll b contents by 14.39% and 26.54%, respectively. The rice seedlings treated with Mg,N-CDs at 300 μg·mL−1 exhibited 109.54%, 104.48%, and 127.16% higher photosynthetic activity, electron transport rate, and photosynthetic efficiency relative to the control, respectively. Moreover, Mg,N-CDs also increased the RuBisCO activity of rice plants by 46.62%. With the energy transformation and physiological regulation, Mg,N-CDs (300 μg·mL−1) increased the height and fresh biomass of rice plants by 22.34% and 70.60%, respectively, through the overall improvement of photosynthesis. This study suggests the great potential of Mg,N-CDs in increasing global agricultural production in the future.
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